城市下穿通道排水系统设计分析

张媛

（湖北省城建设计院股份有限公司，武汉430050）

1 引言

城市下穿通道的出现，极大地缓解了人们的交通出行压力。但由于下穿通道的位置特殊性以及降水量的逐年增加，设计人员需要充分考虑其排水性能的设计。一旦排水设计品质不达标，就会导致下穿通道出现积水，进而影响人们的出行。

2 城市下穿通道排水系统设计标准以及原则

2019 年，相关部门推出的室外排水设计标准中明确规定：（1）排水系统规划要以近期为主，结合远期。近期设计年限标准为5～10 年，远期年限标准为10～20 年。（2）地表储水时间低于10min。（3）径流参数约为0.9。（4）下穿通道排水设计，具有自流能力的，可采取自流排水，不具有自流能力的，应当安装排水泵进行排水。（5）储水面积要科学设定，可采用大水量高速排水，小水量低速排水互不连接的方式。另外，还要建设预防高排水影响低排水的设施。（6）立体且互相交叉的下穿道要分别设计排水系统，不可共用一套系统。（7）当立体且互相交叉的下穿道最低位置低于地下水位置时，设计方案应保证排水系统不干扰地下水[1]。

城市下穿通道的排水系统主要包含雨水采集设备和泵房，在对其设计时应在进入下穿通道前的路段两侧安置排水沟，并且在下穿通道洞口安置截流沟，利用截流沟将雨水疏通至储水池之中。

通常，进入下穿通道前的道路具有一定坡度，因此，其积水速度快，并且流速大，一旦截流沟设计不合理，雨水就会冲过截流沟而进入下穿通道，导致通道内存有大量雨水。因此，设计人员应该对下穿通道坡度以及水流速度等进行综合考虑，从而确定截流沟的长度及个数。除此之外，下穿通道水泵站的设计应该遵循以下原则：（1）排水泵可以高效地排除雨水、渗水以及污水等，其通常要设计在下穿通道的最低位置，并且要充分思考周围环境以及现场安装可操作性；（2）对储水池最大存水量的设计不但要能够应对普通情况，还要满足特殊情况，例如，暴雨的储水量，同时要防止反复启动水泵；（3）要设计连锁报警装置，一旦排水设施发生故障，要能够马上做出警报，防止出现安全隐患；（4）设计时应该考虑供电最大负载，并且要设计备用的排水泵[2]。

3 下穿通道水流量的运算

因下穿通道属于低洼道路，进而导致V 形积水出现，周围的雨水会向通道中聚集，这时就会流入道路两侧排水沟之中，继而进入截流沟，然后排入储水池中。

设计人员除了要考虑雨水之外，还应该考虑地下水外渗的情况。通过对下穿通道地理状况进行分析研究，得到下穿通道的最大渗水量，然后再对其水流量进行计算。需要注意的是，除了地下水外渗，消防水泄露也是潜在的积水隐患。

针对下穿通道的排水设计，水流量运算结果的准确性直接影响排水系统设计的最终品质。因此，设计人员要高度重视这一项工作。

4 排水泵的选取

设计人员在选取排水泵之前，应该对所在城市全年降水量进行细致分析，同时还应该思考下穿通道施工现场的实际情况。如果现场中预留的排水泵站面积比较小，那么就要选取大功率排水泵，如果预留的排水泵站面积比较大，可以提升泵的个数，同时选取小功率的排水泵，并确保其可以共同工作。设计人员在进行排水泵选取时，要遵循排水泵总功率大于雨水总流量的原则。以某下穿通道为例，其所在城市30 年所遇最多降水量为0.4m3/s（合计1 440m3/h），那么就需要设计安装3 台排水泵，并且确保每台排水量能达到500m3/h，这样才能够保证下穿通道不被淹没。设计排水泵的扬程，要根据储水池流量以及收取与排除的水位差来确定。另外，设计人员在对排水泵进行设计时，要设置备用泵，这样才能做到防患于未然。

5 雨水泵站设计标准

雨水泵站设计应使用自灌式泵站，泵站的变电部分应设计为三级负载，如果降水量比较大的地区，应设计成二级负载，同时还应该设计备用电力设施。针对地下雨水泵站而言，要设计出独立的通风系统。设计人员应注意雨水应从正向进入，同时考虑泵站吸水能力，尽量控制涡流的出现。雨水泵站的设计流量，要按照泵站进水总流量来决定，如下穿通道存在盲沟时，其渗出水量应该独立计算[3]。

6 储水池容积运算

通常降水量变换范围比较大，导致下穿通道需排水数量也多少不定，人工操纵排水泵就变得比较麻烦，因此，在设计的过程中可以将排水泵设置成自动控制。另外，在相关标准规范中规定，储水池容积设计，要结合降水量、排水泵功率以及水泵实际工作状况来设定。通常要遵守以下标准：储水池总容积应高于排水泵30s 排水总量。伴随排水泵性能的持续提升，其电机性能也得到了大幅度的提高，但是一旦排水泵启停时间间隔过短，仍旧会对其造成损害，因此，在对其设计过程中，要在合理范围内尽量扩大储水池容积，保证能储存排水泵5min 之内的排水量。除此之外，还要使用延时启动设施来对排水泵进行控制，防止其反复启停。

7 具体设计案例

7.1 设计计算

以某城市下穿通道为例，在对其进行设计过程中，暴雨重现期使用40 年，V 形积水面积为1.5ha，经过运算，雨水排水泵设计流量应为q=3 800m3/h。依据泵房构造分析，同时结合建设单位需求，设计人员最终选取6 台排水泵，按照四用二备的模式工作。

7.2 工艺参数设计

因设计规范持续变高，规定雨水重现期为40 年，通常而言，排水泵实际流量相比设计流量会较小，所以要采取不同水位启动模式来操纵水泵，分别设计报警水位以及停泵水位。

泵站位置为地下，泵站面积为15 000mm×6 700mm，正常工作时储水池深度为2m，容积为83.9m3，其能够满足4.53min的排水量。设计安装6 台排水泵，水泵参数为：（1）数量：6 台（四用二备）；（2）功率：q=1 350m3/h；（3）扬程：H=16m；（4）功率：P=80kW；（5）转速：R=865r/min；（7）水泵重：M=1 878kg。安装方法采用耦合式安装；设计要求排水泵水道宽阔，保证固体能够通过。

工作方式：6 台排水泵互相备用，按照设定顺序进行工作，即首次启动1 号泵、2 号泵、3 号泵、4 号泵，下次启动5 号泵、6 号泵、1 号泵、2 号泵，以此循环工作。

8 结语

总而言之，排水系统是城市下穿通道设计过程中的关键一环，相关人员要对其足够重视，唯有如此才能够保证下穿通道正常投入使用。基于此，本文从设计规范、相关原则以及水流量运算等方面对下穿通道排水系统设计做了简要的分析，期望能够为日后城市排水建设提供些许参考。